Giáo trình Thủy công - Tập II (Phần 1)

Tr-ờng cao đẳng thuỷ lợi bắc bộ 
PHạM PHÊ 
giáo trình 
THủY CÔNG 
dùng cho hệ cao đẳng 
tập iI 
năm 2010 
 2 
lời nói đầu 
Thủy công là môn học chuyên môn quan trọng cho các ngành đào tạo về Thủy lợi. Để 
có Giáo trình Thủy công dành cho hệ Cao đẳng, Tr-ờng tổ chức biên soạn và phát hành 
”Giáo trình Thủy công dùng cho hệ Cao đẳng. Giáo trình này đ-ợc tham khảo giáo trình 
của các hệ Trung cấp, Đại học, các quy phạm, các tài liệu có liên quan. 
Để không ngừng nâng cao chật l-ợng đào tạo, đáp ứng với sự phát triển của kỹ thuật 
Thủy lợi, giáo trình này đã bám sát, bổ sung, cập nhật các t- liệu mới trên cơ sở kiến thức 
cơ bản của các giáo trình và tài liệu khác. Giáo trình gồm 12 ch-ơng và phụ lục, đ-ợc chia 
làm 2 tập, cụ thể nh- sau: 
Ch-ơng I. Khái niệm về công trình thủy lợi 
Ch-ơng II. Thấm ở d-ới đáy và hai bên công trình thủy lợi 
Ch-ơng III. Tải trọng tác dụng lên công trình thủy lợi 
Ch-ơng IV. Đập đất 
Ch-ơng V. Đập nhỏ ở miền núi 
Ch-ơng VI. Công trình tháo lũ 
Ch-ơng VII. Đập tràn bê tông trọng lực 
Ch-ơng VIII. Công trình lấy n-ớc 
Ch-ơng IX. Cống lộ thiên 
Ch-ơng X. Cống ngầm 
Ch-ơng XI. Kênh và công trình trên kênh 
Ch-ơng XII. Cửa van và máy đóng mở của công trình thủy lợi 
Ch-ơng XIII. Thủy điện 
Phụ lục. Thiết kế định hình 
Tham gia biên soạn và hiệu đính gồm có: 
 - Th.s. Phạm Phê, biên soạn 
 - Th.s. Thành Đăng Hải, phản biện và hiệu đính 
. Giáo trình này đ-ợc làm tài liệu giảng dạy cho giảng viên và học tập cho sinh viên 
các ngành trong tr-ờng cả hệ Cao đẳng, hệ Trung cấp. Giáo trình có thể làm tài liệu tham 
khảo cho cán bộ kỹ thuật quan tâm về công trình thủy lợi. 
Tác giả xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Tr-ờng Cao đẳng Thủy lợi Bắc Bộ đã tạo 
mọi điều kiện để giáo trình đ-ợc biên soạn và phát hành. 
Trong quá trình biên soạn, giáo trình khó tránh khỏi khiếm khuyết. Chúng tôi mong 
nhận đ-ợc những ý kiến đóng góp của quý bạn đọc. Các ý kiến xin gửi về Tr-ờng Cao đẳng 
Thủy lợi Bắc Bộ. 
Xin chân thành cảm ơn. 
 tác giả 
 3 
Ch-ơng 9 
cống lộ thiên 
9-1. Khái niệm và phân loại 
9.1.1. Khái niệm 
Cống lộ thiên là loại công trình thủy lợi đ-ợc xây dựng hở, phía trên cống không đắp 
đất, có tác dụng điều tiết l-u l-ợng và khống chế mực n-ớc nhằm đáp ứng các yêu cầu cấp 
n-ớc, phân lũ, tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, ngăn mặn... 
Cống th-ờng đ-ợc xây dựng trong các hệ thống t-ới, tiêu, dẫn n-ớc... và đ-ợc đặt ở 
đầu, giữa kênh hoặc đ-ờng giao thông... Ngoài ra có thể kết hợp cống cho vận tải thủy và 
làm cầu giao thông trên cống. Cống đ-ợc sử dụng rộng rãi, nhất là vùng đồng đồng bằng, vì 
vậy còn gọi là cống đồng bằng hay cống hở. 
91.2.Phân loại 
Việc phân loại cống lộ thiên có nhiều cách nh- theo mục đích sử dụng, kết cấu, vật 
liệu xây dựng v.v... Th-ờng ng-ời ta phân loại theo mục đích sử dụng, có thể phân cống 
thành các loại: 
1.Cống lấy n-ớc: Để lấy n-ớc từ nguồn (sông, hồ chứa, ao đầm, kênh...) phục vụ cho 
các yêu cầu về t-ới, phát điện, nhà máy, xí nghiệp, nông tr-ờng hoặc các ngành dùng n-ớc 
khác của nền kinh tế quốc dân. Cống lấy n-ớc đ-ợc bố trí ở đầu kênh chính của hệ thống 
và đảm bảo cho hệ thống làm việc đ-ợc bình th-ờng, nên còn gọi là cống đầu mối. 
Ví dụ: Cống lấy n-ớc Trung Trang (An Lão, Hải Phòng), lấy n-ớc từ sông Văn úc, t-ới 
cho 18.250 ha, tạo nguồn t-ới cho 420 ha, cấp n-ớc cho sinh hoạt, công nghiệp và các ngành 
kinh tế khác. Cống có 4 cửa, mỗi của rộng b = 8m, l-u l-ợng thiết kế Qtk = 111m3/s, cống có 
cửa van phẳng bằng thép, máy đóng mở bằng tời điện TĐ 6.2, đ-ợc xây dựng năm 1980. 
2.Cống chia n-ớc (hoặc phân n-ớc): Đặt ở đầu các kênh nhánh để lấy n-ớc từ kênh 
cấp trên vào kênh cấp d-ới hoặc các khoanh ruộng canh tác. 
3.Cống điều tiết: Tác dụng để nâng cao mực n-ớc ở th-ợng l-u cống, đảm bảo lấy 
đ-ợc l-u l-ợng yêu cầu vào kênh hoặc tạo nên cột n-ớc yêu cầu ở phía tr-ớc cống. Ngoài ra 
cống điều tiết còn dùng để điều tiết và phân phối n-ớc trong hệ thống kênh khi l-u l-ợng 
và mực n-ớc ở các kênh thay đổi nhiều. Cống điều tiết đ-ợc đặt chặn ngang các kênh sau 
cống chia n-ớc hoặc ngang sông. 
Ví dụ: Trên hệ thống Sông Nhuệ, sau cống đầu mối Liên Mạc (Từ Liêm, Hà Nội) có 
nhiều cống điều tiết đ-ợc xây dựng trên sông để toàn bộ hệ thống đảm bảo đ-ợc nhiệm vụ 
cấp n-ớc, tiêu úng và an toàn cho các công trình. Cống hạ l-u Liên Mạc là cống điều tiết, 
có nhiệm vụ: 
- Dâng n-ớc ở hạ l-u cống Liên Mạc khi mực n-ớc sông Hồng v-ợt cao trình +12.95 
để đảm bảo ổn định cho cống Liên Mạc 
 4 
- Đảm bảo giao thông, tải trọng H30 đi đ-ợc trên hai bờ sông Nhuệ 
- Đảm bảo lấy n-ớc t-ới cho hệ thống 6000ha 
- Tiêu n-ớc đầu vụ phần diện tích ở hạ l-u cống thuộc địa phận Hà Nội, Hà Tây cũ 
- Cống hạ l-u Liên Mạc có 3 cửa, mỗi cửa rộng 6m, trong đó có cửa qua âu thuyền 
4.Cống tiêu: Dùng để tháo n-ớc thừa, n-ớc đọng cho khu vực nào đó để chống úng. 
Trong hệ thống kênh, cống tiêu đ-ợc xây dựng trên các kênh tiêu để dẫn n-ớc tháo từ các 
khoang t-ới vào nơi tập trung n-ớc, do yêu cầu t-ới tiêu khoa học hoặc rửa mặn, thau chua 
cải tạo đất. 
Ví dụ: Cống Láng Thé (Huyện Càng Long, Trà Vinh), có nhiệm vụ tiêu úng cho 
58.940 ha, ngăn mặn cho 31.140 ha, tạo nguồn n-ớc ngọt cho 51.128 ha. Ngoài ra, cống 
còn có nhiệm vụ kết hợp cải thiện giao thông thủy, giao thông bộ, bố trí địa bàn dân c-, 
phục vụ n-ớc sinh hoạt cho thị xã Trà Vinh và các vùng lân cận. Cống có 7 cửa, mỗi cửa 
rộng 8,5m, dùng của van phẳng để đóng mở cống. 
Cống tiêu Cổ Thiêu III (Kiến Thụy, Hải Phòng) có 4 cửa, mỗi cửa rộng 7,5m, tiêu úng 
cho 9.174ha. Cống Cầu Xe (Hải D-ơng) có 7 cửa, mỗi cửa rộng 8m, l-u l-ợng tiêu thiết kế 
230m3/s, tiêu cho khu vực Bắc H-ng Hải 
5.Cống phân lũ: Dùng để tháo một phần l-u l-ợng về mùa lũ của một con sông sang 
h-ớng khác, hoặc tập trung n-ớc phân lũ vào một vùng nhất định (nh- khu vực thấp, dòng 
sông khác gần đó...) nhằm hạ thấp mực n-ớc lũ ở sông để n-ớc không tràn qua đê hoặc có 
thể giảm chiều cao của đê 
Ví dụ: Cống phân lũ Vân Cốc (Hà Tây cũ) đặt tại km 37 của đê phải sông Hồng, ở đầu 
sông Đáy, cống gồm 26 cửa, mỗi cửa rộng 8m. Cùng với các đoạn đê thấp hai bên cống 
(tràn cứu hộ đê) dài 8,6km có thể phân lũ với l-u l-ợng lớn nhất 5000m3/s để phân n-ớc lũ 
sông Hồng vào khu chứa thuộc huyện Phúc Thọ, sau mùa lũ n-ớc đ-ợc tháo qua đập Đáy 
để dẫn ra biển là thuộc loại cống này. Cống Vân cốc thuộc loại cống lộ thiên, cao trình 
ng-ỡng cống + 12,0 l-u l-ợng qua cống 2330m3/s, cống dùng van phẳng, đóng mở bằng tời 
điện, và mùa lũ cống luôn luôn ở tình trạng vận hành. 
6.Cống ngăn triều 
Xây dựng ở cửa sông ven biển, chịu ảnh h-ởng trực tiếp của thuỷ triều. ở một thời kỳ 
nhất định, khi thuỷ triều dâng, cống mở để các công trình lấy n-ớc ngọt vào đồng (do triều 
đẩy dồn lên). Khi triều rút vào mùa lũ, lợi dụng chân triều thấp cống mở tháo tiêu n-ớc từ 
đồng ra. Vào mùa khô cống đóng để ngăn triều giữ ngọt. Ngoài ra cống còn có tác dụng 
thay đổi n-ớc trong đồng nhằm thau chua rửa mặn. 
Ví dụ: Cống Nghi Quang (Nghệ An) đ-ợc xây dựng để tiêu úng, ngăn triều, giữ ngọt, 
ngăn mặn, gồm 12 cửa mỗi cửa có bề rộng qua n-ớc 3,2m và một cửa qua thuyền rộng 6m, 
cống sử dụng cửa van tự động trục đứng. 
Thống kê một số cống vùng triều đ-ợc thể hiện qua bảng (9-1) 
 5 
7. Cống tháo cát: Tạo nên l-u tốc dòng chảy qua cống t-ơng đối lớn để có tác dụng 
xói bùn rửa bùn cát lắng đọng ở đáy, phía tr-ớc các công trình (th-ờng là các đập dâng, 
cống điều tiết, cống lấy n-ớc...) và tháo qua cống về hạ l-u. 
Các loại cống trên có thể là cống lộ thiên hay cống ngầm. Trong ch-ơng này đề cập 
đến cống lộ thiên còn cống ngầm trình bày ở ch-ơng khác. Cống lộ thiên khác với cống 
ngầm là phía trên để hở không đắp đất hoặc ở cống hở bố trí cầu giao thông để xe và ng-ời 
qua lại. 
Cống lộ thiên th-ờng đ-ợc sử dụng với tr-ờng hợp: n-ớc chảy qua cống là không áp 
lực, chiều rộng cửa cống lớn và kết hợp để thuyền bè qua lại, khi cột đất hai bên cống 
không lớn. 
Để đạt mục đích điều tiết l-u l-ợng và khống chế mực n-ớc từ kênh cấp trên vào kênh 
cấp d-ới, đảm bảo cho công trình làm việc bình th-ờng, đầu các kênh nhánh hoặc trên kênh 
Bảng 14-1. Thông số chính một số cống vùng triều 
TT Tên cống Tỉnh 
Chiều 
rộng 
cống 
B (m) 
Bề 
rộng 
kênh 
Bk (m) 
Cao 
trình 
ng-ỡng 
Chiều 
sâu bể 
tiêu 
năng 
Chiều 
dài gia 
cố sau 
bể 
Bk/b 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 
1 Vàm Đồn Bến Tre 15,0 40 -35 1,50 56 2,50 
2 Vàm Hồ Bến Tre 10,0 18 -3,0 1,50 80 1,80 
3 Tầm Ph-ơng Cửu Long 15,0 30 -3,0 1,00 15 2,00 
4 Đa Lộc Cửu Long 10,0 22 -3,2 1,30 71 2,20 
5 Cái Xe Hậu Giang 7,00 15 -3,0 0,50 35 2,10 
6 Cái Oanh Hậu Giang 14,0 26 -3,0 0,50 35 1,80 
7 Gò Công Tiền Giang 16,0 32 -3,7 1,80 80 2,00 
8 Xuân Hoà Tiền Giang 28,0 44 -3,5 0,60 70 1,60 
9 Trị Yên Long An 15,6 30 -3,0 0,50 60 1,90 
10 Đôi Ma Long An 13,2 20 -2,4 1,77 35 1,50 
11 Mỹ Trung Quảng Bình 80,0 110 -4,0 0,50 29 1,40 
12 Diễn Thành Nghệ An 40,0 84 -3,0 1,30 46 2,10 
13 Lân I Thái Bình 30,0 48 -3,5 0,50 34 1,60 
14 Cầu Xe Hải D-ơng 56,0 90 -4,0 0,50 52 1,60 
15 Lân II Thái Bình 32,0 50 -3,5 1,00 40 1,56 
Chính th-ờng xây các cống chia n-ớc, cống điều tiết, cống xói cát hoặc âu thuyền... tại 
một nơi tạo thành đầu mối công trình (hay đầu mối cống). Hình (9-1) trình bày sơ đồ các 
loại cống trên hệ thống kênh. 
 6 
1
3
2
2
4
Hình 9-1: Sơ đồ bố trí các loại cống trên hệ thống kênh 
1- Cống lấy n-ớc; 2- Cống chia n-ớc; 3- Cống điều tiết; 4- Cống tiêu n-ớc ra khu chứa. 
9.1.3. Nhiệm vụ thiết kế 
Thiết kế cống để đảm bảo sử dụng công trình đạt hiệu quả kinh tế, kỹ thuật cao, an 
toàn, lâu dài, sử dụng vật liệu tại chỗ, áp dụng thiết kế định hình và kết cấu lắp ghép để rút 
ngắn thời gian thiết kế, xây dựng sớm đ-a công trình vào làm việc. 
1.Các b-ớc thiết kế 
Khi thiết kế cống tiến hành theo các b-ớc cụ thể sau đây: 
-Dựa vào nhiệm vụ, điều kiện sử dụng, tình hình địa chất, địa hình nơi xây cống... 
chọn hình thức cống hợp lý. 
- Tính toán thủy lực xác định kích th-ớc của cống và chọn biện pháp tiêu năng thích hợp. 
- Tính toán n-ớc thấm d-ới đáy cống để kiểm tra điều kiện an toàn về thấm. 
- Chọn kết cấu công trình và bố trí các bộ phận của cống. 
- Kiểm tra điều kiện ổn định và c-ờng độ của các bộ phận cống. 
- Trên cơ sở tính toán, vẽ các bản vẽ công trình. 
- Tính toán khối l-ợng và tổng dự toán công trình. 
Tùy theo quy mô công trình mà ấn định yêu cầu và nội dung, ph-ơng pháp tính toán 
t-ơng ứng với các giai đoạn thiết kế. 
2. Thiết kế định hình 
Thiết kế các công trình trên kênh nói chung và cống nói riêng còn có ph-ơng pháp 
khác là theo thiết kế định hình. Các bản thiết kế định hình công trình này là do các cơ quan 
thiết kế của Bộ, Sở chuyên ngành ban hành. 
Dựa vào các yêu cầu về thủy lực, cột n-ớc, địa hình địa chất, kết hợp với tình hình cụ 
thể nơi xây dựng để chọn mẫu thiết kế của cống cho thích hợp. 
Khi thiết kế theo bản định hình cần tiến hành nh- sau: 
- Dựa vào l-u l-ợng thiết kế và chênh lệch mực n-ớc th-ợng hạ l-u, các thông số cơ 
bản khác, chọn chiều rộng cống, chọn mẫu định hình. 
 7 
- Đánh dấu vị trí công trình trên bản đồ của hệ thống kênh và vẽ sơ họa bình đồ nơi 
xây cống. 
- Ghi các cao trình mặt đất và của các bộ phận công trình, tính kích th-ớc các chi tiết cống. 
- Tính toán khối l-ợng công trình và dự toán, tính giá thành công trình. 
Thiết kế định hình giúp cho việc thiết kế công trình đ-ợc nhanh, gọn... nh-ng cũng 
phải loại trừ khả năng một số tr-ờng hợp cần phải tính toán kiểm tra lại hoặc xác định các 
kích th-ớc và kết cấu đã chọn. 
9-2. Tính toán thủy lực 
 9.2.1.Mục đích, yêu cầu 
1.Mục đích 
Tính toán thủy lực của cống để giải quyết hai vấn đề cơ bản: 
- Xác định đ-ợc chiều rộng của cống đảm bảo đ-ợc l-u l-ợng qua cống theo mọi yêu 
cầu của mọi thời kỳ 
- Tính toán tiêu năng và các biện pháp tiêu năng nhằm ổn định dòng chảy và không 
gây xói lở phía sau cống. 
2.Yêu cầu 
Để đáp ứng các yêu cầu này, khi vị trí cống đã đ-ợc xác định, việc thiết kế cần phải đề 
cập đến các vấn đề sau trong tính toán thủy lực. 
- Dựa vào nhiệm vụ cống, việc thiết kế cần căn cứ vào quy phạm hiện hành để xác 
định tần suất đảm bảo, tần suất thiết kế, để từ đó xác định mực n-ớc th-ợng hạ l-u, l-u 
l-ợng tháo qua cống cho phù hợp. 
- Dựa vào điều kiện địa hình, địa chất và yêu cầu cụ thể khác, chọn hình thức ng-ỡng cống. 
- Tính toán xác định chiều rộng cống, nhằm thỏa mãn mọi yêu cầu tháo n-ớc, đảm bảo 
yêu cầu kỹ thuật, kinh tế. 
- Tính toán tiêu năng đảm bảo an toàn trong mọi tr-ờng hợp. 
9.2.2.Xác định mực n-ớc thiết kế th-ợng hạ l-u cống 
1.Xác định mực n-ớc thiết kế hạ l-u cống (Hh) 
Căn cứ vào nhiệm vụ công trình xác định đ-ợc cấp công trình, từ đó có mức đảm bảo. 
ứng với mức n-ớc đảm bảo thiết kế, qua tính toán thuỷ lực, thuỷ văn sẽ xác định đ-ợc mực 
n-ớc th-ợng hạ l-u thiết kế. 
 a.Với cống lấy n-ớc: 
Căn cứ vào mực n-ớc cần ở nơi dùng, vẽ đ-ờng mực n-ớc trong kênh từ tính toán thủy 
lực kênh, chúng ta có mực n-ớc thiết kết đầu kênh, tức là mực n-ớc hạ l-u cống. 
 8 
b.Với cống phân lũ, cống tiêu 
Dựa vào tính toán thuỷ văn để xác định, ví dụ: một con sông có l-u l-ợng là Q, một 
nhánh đổ vào một l-u l-ợng Q1 thì l-u l-ợng trong sông Q1 + Q (hình 14.4) tra quan hệ 
Zh ~ Q ứng với (Q + Q1) ta sẽ có mực n-ớc hạ l-u cần tìm. 
Với cống tiêu vùng triều: mực n-ớc hạ l-u thiết kế chọn theo chân triều, đỉnh triều 
dạng triều thiết kế. 
Hình 9-2.Nhánh có l-u l-ợng Q1 đổ vào sông có l-u l-ợng Q 
2. Xác định mực n-ớc thiết kế th-ợng l-u cống(Ht) 
a. Với cống lấy n-ớc 
Nếu cống lấy n-ớc trực tiếp từ sông, cần tiến hành nh- sau: 
L-u l-ợng của sông tại thời điểm tính toán Q1, l-u l-ợng lấy n-ớc vào kênh Q, nh- vậy 
l-u l-ợng trong sông còn lại là Q2 = Q1 - Q. Từ Q1 và Q2 = Q1 – Q, tra quan hệ Zt= f(Q) ta 
có mực n-ớc trong sông phía trên và phía d-ới cửa lấy n-ớc là H1, H2. Từ đó ta có tổn thất 
cột n-ớc: Z1 = H1 – H2 (hình 9-2). 
e 
Hình 9-3. Sơ đồ tính chiều sâu n-ớc tr-ớc cống 
 9 
Do việc n-ớc chảy vào cống nên ở cửa lấy n-ớc mực n-ớc còn có thêm độ hạ thấp Z2 
tính theo công thức: 
2
2
3 Kv
Z
4 (1 K)g
 (9-1) 
Trong đó: K - tỷ số l-u l-ợng, bằng
1Q
Q
; 
 v - l-u tốc bình quân trong sông phía d-ới cửa lấy n-ớc. 
 v = 
2
2

Q
; với 2 - mặt cắt -ớt ở sông ứng với chiều sâu n-ớc H2; 
 g - gia tốc trọng tr-ờng. 
Nh- vậy chiều sâu n-ớc sông tại đầu cửa lấy n-ớc: 
 H = H1 – Z (9-2) 
 với Z = Z1 + Z2 
Cần chú ý: 
- Trị số H tính đ-ợc nếu nhỏ hơn chiều sâu chảy phân giới của sông (H < Hpg) thì dùng 
giá trị Hpg. 
- Tr-ờng hợp cống đặt khá sâu vào trong cửa lấy n-ớc, cần tính thêm tổn thất cột n-ớc 
trên kênh dẫn từ sông vào đến cống Z3. Lúc đó, Z = Z1 + Z2 + Z3 
b. Cống tiêu, cống phân lũ 
Tr-ờng hợp cống tiêu, cống phân lũ mực n-ớc th-ợng l-u đ-ợc tính toán xuất phát từ 
yêu cầu khống chế chống úng nội đồng để xác định. Còn mực n-ớc hạ l-u, để đơn giản và 
an toàn th-ờng căn cứ vào l-u l-ợng tiêu và quan hệ Q ~ Z của sông để xác định. L-u l-ợng 
t-ơng ứng ở ngoài sông Q2 = Q1 + Q, với Q1 l-u l-ợng ngoài sông và Q l-u l-ợng tiêu. 
Riêng đối với cống tiêu vùng triều, việc tính toán phức tạp hơn vì chế độ tháo n-ớc 
phụ thuộc vào sự thay đổi mực n-ớc, nhất là mực n-ớc hạ  ... hiều dài đoạn n-ớc dâng, tránh n-ớc nhảy trong cống. 
- Nếu hr < hpg, thì n-ớc nhảy ngoài cống. Ng-ời thiết kế cần tạo ra n-ớc nhảy ngập 
ngay sau cống nh- làm bể, t-ờng tiêu năng. Nguyên tắc này đã đ-ợc trình bày trong thủy 
lực. 
10-4. Lực tác dụng lên cống ngầm 
Thông th-ờng các lực tác dụng lên cống ngầm bao gồm: 
- Trọng l-ợng bản thân 
- Trọng l-ợng n-ớc trong cống 
- áp lực n-ớc trong và ngoài cống 
 - Trọng l-ợng đất đắp ở trên 
- áp lực ngang của đất 
- Tải trọng đặt trên mặt đất . 
Ngoài ra tùy tình hình, quy mô cụ thể còn xét tới một số lực khác, ví dụ nh- n-ớc va, 
ứng suất nhiệt v.v... 
Để tránh lún không đều, th-ờng phân cống thành từng đoạn chịu lực t-ơng đối đều. 
Tại đây tạo khớp nối thỏa mãn yêu cầu biến dạng và chống thấm tốt. Tùy theo tình hình địa 
chất, điều kiện chịu lực, mỗi đoạn dài 5 15 m. 
Khi tính toán các lực này, tùy theo loại cống, có thể vận dụng từ nguyên tắc chung đ-a 
ra cách tính riêng cho phù hợp để tính toán kết cấu cho thích hợp. D-ới đây xin nêu một số 
ví dụ để tham khảo. 
 72 
10.4.1.Trọng l-ợng bản thân 
1. Cống có tiết diện tròn 
 1
22 )(
4
 
 dDG
b
 (10-23) 
Trong đó: 
 Gb - trọng l-ợng bản thân; 
 D, d - đ-ờng kính ngoài và trong của cống; 
1 - trọng l-ợng riêng của vật liệu làm cống, th-ờng cống bằng bê tông cốt thép, 
 1 = (2,4  2,5) T/m
3. 
2. Cống hộp 
Trong tr-ờng hợp này để tính toán kết cấu chỉ cần xét: 
- Phần đỉnh, xem xét lực phân bố đều qb: 
 qb = 1t (10-24) 
Trong đó: 
t - chiều dày tấm đỉnh. 
- Phần thành bên, xem nh- lực tập trung P ở mỗi bên: 
 P = 1t1h (10-25) 
Trong đó: 
t1 và h - chiều dày và chiều cao của thành bên. 
10.4.2. áp lực n-ớc 
áp lực n-ớc tác dụng bên trong và bên ngoài (khi có mực n-ớc ngầm) đ-ợc tính toán 
theo công thức thủy tĩnh. Th-ờng chia ra các thành phần sau: 
1. áp lực n-ớc bên trong 
áp lực n-ớc phân bố đều, khi cống có áp: P =  h, với h là cột n-ớc chịu áp lực ở đỉnh 
cống;  là trọng l-ợng riêng của n-ớc 
áp lực n-ớc phân bố không đều theo theo quy luật tam giác ở hai thành và đều ở phần 
tấm đáy (cống hộp). Tr-ờng hợp cống tròn, nếu là cống có áp thì ngoài phần áp lực phân bố 
đều P đã nói ở trên, áp lực n-ớc còn lại bao gồm trọng l-ợng khối n-ớc Gn =  d
2/4, với  
- trọng l-ợng riêng của n-ớc, d - đ-ờng kính trong ống, áp lực bên (h-ớng ra) cũng xem 
nh- dạng tam giác với chiều cao bằng đ-ờng kính ống. Rõ ràng nh- vậy khi cống làm việc 
không áp, thì có thể vận dụng quan niệm trên để chọn sơ đồ áp lực n-ớc tác dụng. 
 73 
2. áp lực n-ớc bên ngoài 
Tùy theo mực n-ớc ngầm cao hoặc thấp hơn đỉnh cống mà cách phân tích áp lực n-ớc 
tác dụng từ bên ngoài cũng đ-ợc theo nguyên tắc nh- trên, tùy theo cống tròn hay chữ nhật. 
Khi n-ớc ngầm cao hơn đỉnh cống, phần trọng l-ợng n-ớc tác dụng ở phía trên đỉnh không 
xét, mà dùng khi tính trọng l-ợng đất đắp, thuộc phần này đất đắp ở trạng thái bão hoà. 
10.4.3.áp lực đất 
1. áp lực đất tác dụng lên đỉnh cống 
áp lực đất tác dụng lên đỉnh cống t-ơng đối phức tạp, áp lực này chịu ảnh h-ởng của 
nhiều nhân tố nh- tính chất của đất đắp, độ cứng cống, ph-ơng pháp chôn và chiều sâu đặt 
cống trong nền. 
Khi đào rãnh sâu đặt cống (hình 10-9), vì thành rãnh là đất nguyên dạng có độ chặt lớn 
hơn đất mới đắp có độ lún nhiều hơn. Khi đất đắp lún bị sức cản của thành rãnh. Do đó 
trọng l-ợng đất trên đỉnh cống tính theo công thức: 
 0 1đ T đ
B D
G K H
2
  (10-26) 
Trong đó: 
đ- trọng l-ợng riêng của đất đắp; 
KT - hệ số tập trung áp lực, phụ thuộc H/B (hình 10-10; H,B xem hình 10-9); 
D1 - đ-ờng kính ngoài của ống hoặc chiều rộng lớn nhất của cống hộp. 
Khi cống đặt trên nền hay một phần trong nền, (hình 10-11), do đất đắp hai bên dày 
hơn, lún nhiều hơn, nên tác động vào khối đất đắp trên cống, làm tăng thêm trọng l-ợng đất 
đắp Gđ. 
 Gđ = KH  đHD1 (10-27) 
Hệ số KH tham khảo ở bảng (10-2), các ký hiệu khác xem hình vẽ. 
Bảng (10-2) dùng khi cống đặt hoàn toàn nổi trên mặt nền hoặc bệ cứng. Nếu cống đặt 
hoàn toàn trong nền KH = 1. Tr-ờng hợp cống đặt một phần trong nền và H/D1 khác trong 
bảng, dùng ph-ơng pháp nội suy. 
B
Bo H/2
H/2
D1 
Hình 10-9. Cống đặt sâu trong rãnh 
 74 
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
H
B
KT
1
2
3
d = 0.3
Hình 10-10. Đ-ờng quan hệ KT ~H/B 
1) Đất sét bão hòa; 2) Đất sét rất ẩm -ớt; 3) Đất sét và cát ít ẩm -ớt. 
Bảng 10-2 
Loại đất nền 
Ph-ơng pháp đặt 
ống 
Hệ số KH 
H/D =2 
H/D1=
12 
Cát,thịt rời rạc,sét 
nhão 
Đặt trên nền 
Đặt trên bệ cứng 
1,00 
1,15 
1,05 
1,20 
Cát trung bình, thịt 
chặt vừa, sét dẻo 
Đặt trên nền 
Đặt trên bệ cứng 
1,25 
1,30 
1,35 
1,45 
Cát mịn chặt, cuội, sỏi Đặt trên nền 1,40 1,70 
Sét cứng Đặt trên bệ cứng 1,45 1,80 
Đá 1,50 2,00 
2.áp lực ngang của đất 
Hình 10-11. Cống ngầm đặt trên nền 
 75 
Hình (10-12) biểu thị sơ đồ áp lực ngang của đất tác dụng lên một ống tròn (các loại 
khác cũng t-ợng tự nh- thế). Tổng quát có cả mực n-ớc ngầm, ta có công thức: 
2 21 2
1 1 1 2 2e Z tg 45 Z tg 45
2 2
   
 (10-28) 
2 0 2
2 1 2e e Htg 45
2
  
 (10-29) 
Trong đó: 
11,  - trọng l-ợng riêng, góc ma sát của đất trên mực n-ớc ngầm; 
22 ,  -trọng l-ợng riêng của đất trong n-ớc và góc ma sát t-ơng ứng. 
Các ký hiệu khác xem hình vẽ 
e1 e2
Z1
Z2
H H
Z2
Z1
Hình 10-12. áp lực ngang của đất lên cống 
10.4.4.Lực tác dụng ở d-ới đáy 
Về nguyên tắc cân bằng tĩnh, lực tác dụng ở d-ới đáy cân bằng với lực từ trên xuống. 
Nh- vậy lực ở d-ới đáy bao gồm phản lực nền và áp lực thủy tĩnh (khi có n-ớc ngầm). Dựa 
vào điều kiện này ta có thể xác định đ-ợc lực tác dụng ở d-ới đáy và nếu chia cho chiều 
rộng cống sẽ đ-ợc lực dạng phân bố đều, th-ờng dùng dạng này trong tính toán kết cấu, 
nhất là khi dùng bảng tra để tính nội lực của cống. 
Cần nói thêm rằng lực tác dụng ở đáy có sự phân bố khác nhau tùy theo hình dạng, kết 
cấu cống và tính chất nền. Trong tính toán giả thiết là phân bố đều, không sát thực tế, song 
đủ cho phép để tiện lợi cho tính toán, tra bảng nội lực. 
10-5. Tính toán kết cấu cống 
10.5.1.Cống tròn, cống hộp 
Sau khi xác định đ-ợc ngoại lực tác dụng lên cống, việc xác định nội lực tức là tính 
đ-ợc các giá trị mômen, lực dọc trục, lực cắt (M, N, Q) của các tr-ờng hợp làm việc khác 
nhau của cống, để kiểm tra kích th-ớc, bố trí cốt thép chịu lực. 
 76 
Với cống tròn, cống hộp là một kết cấu siêu tĩnh. Vì vậy cần dựa vào lý luận của kiến 
thức kết cấu để xác định nội lực. Trong một số tài liệu chuyên môn hoặc sổ tay kỹ thuật, 
ng-ời ta đã lập bảng tra để xác định các giá trị nội lực tại các vị trí mặt cắt bất lợi nhất của 
từng sơ đồ tải trọng. Ng-ời thiết kế có thể sử dụng bảng tra và xét theo nguyên tắc cộng tác 
dụng của các ngoại lực để tìm ra kết quả. 
10.5.2.Cống kiểu tấm nắp (hình 10-13) 
Tấm nắp kê tự do lên t-ờng bên, nên tấm nắp tính toán xét nh- sơ đồ dầm đơn; Theo 
mặt cắt ngang lấy chiều dài đơn vị là 1 m, lực tác dụng thẳng đứng nh- trọng l-ợng bản 
thân, trọng l-ợng đất đắp... 
L AA
E E
Hình 10-13. Cống kiểu tấm nắp 
Khi tấm nắp bằng bê tông, đá phiến, chiều dày tấm chọn theo điều kiện chịu uốn: 
 u
6KM
t
b

 (10-30) 
Theo điều kiện chịu cắt: 
 c
3Q
t
2b

 (10-31) 
Trong đó: 
M - mômen uốn lớn nhất của tấm, 
8
2
0qlM ; với q là tải trọng phân bố đều tác dụng 
lên tấm, l0 = 1,05 l; l - chiều rộng cống; 
Q - lực cắt tại gối, Q = q l0/2; 
K - hệ số an toàn, K = 1,8; 
b - chiều rộng tấm, chọn b = 1 m; 
[u ], [c ] - ứng suất uốn, ứng suất cắt cho phép của vật liệu làm tấm nắp. 
 77 
Nếu tấm nắp làm bằng bê tông cốt thép, thì căn cứ vào mômen lớn nhất để tính ra 
l-ợng cốt thép yêu cầu. Khi đặt thép cần uốn thép ở hai đầu lên để chịu cắt và đề phòng 
chịu mômen âm ở gối tựa. 
Đối với t-ờng bên tính toán nh- t-ờng chắn đất. Khi bản đáy liền t-ờng tính bản đáy 
theo ph-ơng pháp đảo dầm. Nếu làm tách rời, cần kiểm tra để đủ chiều dày t chống đẩy nổi 
theo công thức (9-77) 
nVL
in
hn
t
 

..
 (9-77) 
Trong đó: 
 t - chiều dày tấm đáy (m); 
 n - hệ số an toàn, th-ờng lấy bằng 1,1  1,2; 
n - trọng l-ợng riêng của n-ớc, th-ờng lấy bằng 10
4 N/m3; 
VL
 - trọng l-ợng riêng của vật liệu xây tấm đáy (N/m3); 
hi - cột n-ớc áp lực thấm tại điểm tính toán (m), th-ờng chỉ xét điểm tính toán tại vị trí 
cửa van vì ở đó cột n-ớc áp lực thấm có tác dụng đẩy nổi là lớn nhất. 
Chiều dày bản đáy còn phụ thuộc một số thực tế khác, nh- kích th-ớc hòn đá, gạch và 
số lớp xây. 
10.5.3. Cống kiểu vòm 
Trong thực tế vòm và t-ờng bên th-ờng liền khối. Trong tính toán để đơn giản và thiên 
về an toàn xem vòm và t-ờng liên kết khớp. Vòm trở thành kết cấu tĩnh định chịu lực đối 
xứng. 
Hình dạng và kết cấu vòm sơ bộ định tr-ớc, sau đó thông qua tính toán để xác định sự 
hợp lý đã chọn hoặc sửa đổi hoặc bổ sung cho thích hợp. 
Chiều dày vòm, sơ bộ chọn theo công thức: 
 đ maxt 0,138 R 0,5L 0,06 (10-32) 
hay tđ = (0,3  0,35)L + 0,02Z (10-33) 
và tc = (1,5 2,5)tđ (10-34) 
Trong đó: tđ, tc - chiều dày đỉnh và chân vòm (m); 
 Rmax - bán kính lớn nhất của vòm (m); 
 L - nhịp vòm (m); 
 Z - chiều dày tầng đất đắp trên đỉnh vòm (m). 
Có thể dùng công thức sau để xác định chiều dày tại mặt cắt bất kỳ: 
 t = tđsec (10-35) 
 78 
Trong đó: 
 - góc tạo bởi mặt cắt tính toán và mặt cắt đỉnh vòm; 
Nguyên tắc tính toán là vẽ đa giác lực và trục hợp lý. Các b-ớc cụ thể nh- sau: 
-Xác định lực tác dụng (hình 10-14). 
Vì vòm chịu lực đối xứng, nên lực đẩy ở đỉnh vòm theo ph-ơng nằm ngang. Trong tính 
toán th-ờng giả thiết lực H0 tác dụng tại điểm 1/3 phía trên của chiều dày vòm. 
Ngoại lực tác dụng lên vòm bao gồm trọng l-ợng bản thân, trọng l-ợng đất đắp, lực 
tác dụng ngang của đất và tải trọng khác (trên mặt đất nếu có). Chia vòm thành một số 
đoạn để tính các lực lên mỗi đoạn. Ví dụ trong hình (10-14), sau khi chia đoạn tính đ-ợc 
các lực đứng W1, W2, W3, W4 và các lực ngang H1, H2, H3, H4. 
Hình 10-14. Sơ đồ lực tác dụng lên nửa vòm 
-Giả thiết phản lực R tác dụng tại điểm 1/3 phía d-ới của tiết diện. 
-Lấy mômen với điểm tác dụng phản lực chân vòm, ta có: 
0
0
y
yHxW
H
iiii
 
 (10-36) 
Trong đó: 
Wi và Hi - lực đứng và lực ngang tác dụng tại đoạn thứ i của vòm; 
xi, yi - khoảng cách từ các lực ứng với điểm lấy mômen; 
y0- khoảng cách từ H0 tới điểm lấy mômen. 
-Tiến hành vẽ đa giác lực: Từ điểm O kẻ một đ-ờng nằm ngang lấy một đoạn theo tỷ 
lệ, có giá trị bằng H0. Từ đầu mút H0 vẽ đoạn có ph-ơng và giá trị bằng P1 (hợp lực đứng và 
ngang t-ơng ứng) đ-ợc Oa = R1. Tiếp tục với P2, P3... đ-ợc R2, R3... cho đến kết thúc. 
Trên sơ đồ hình (10-14b), H0 gặp P1 tại điểm 1. Tại điểm 1 kẻ đ-ờng song song với R1 
gặp P2 tại điểm 2 và cứ tiếp tục cho đến khi kết thúc. Ta xác định đ-ợc đ-ờng áp lực trong 
vòm. Nếu đ-ờng này tại chân vòm trùng với điểm 1/3 phía d-ới nh- giả thiết ban đầu, thì 
giả thiết là đúng. Nếu không cần hiệu chỉnh lại để cho kết quả thỏa đáng. Dựa vào kết quả 
này, nếu áp lực vẽ ra tại mọi điểm của mặt cắt nằm trong lõi tiết diện (1/3 phần giữa của 
tiết diện), thì hình dạng vòm đã chọn là hợp lý. Tr-ờng hợp này vòm chỉ chịu ứng suất nén. 
 79 
Dùng công thức nén lệch tâm để xác định ứng suất tại mỗi mặt cắt: 
W
M
F
R
 , (10-37) 
W
M
F
R
  ,, (10-38) 
Trong đó: 
’ v¯ ’’- ứng suất tại các điểm của mặt cắt (có giá trị lớn và nhỏ nhất); 
R và M - lực và mômen của lực gây ra (xét với điểm giữa mặt cắt); 
F và W - tiết diện và môđuyn chống uốn của mặt cắt. 
Nếu chiều dày của mặt cắt là t, chiều dài vòm tính toán lấy bằng 1 m. Nh- vậy F = t và 
W = t2/6. 
Tr-ờng hợp có mặt cắt phát sinh ứng suất kéo hoặc nén lớn hơn ứng suất cho phép thì 
kích th-ớc, hình dạng vòm ch-a hợp lý cần sửa đổi và tính toán lại từ đầu. 
T-ờng bên và bản đáy cũng tính nh- ở cống có tấm nắp. Khi tính t-ờng bên ở đây còn 
kể đến lực đẩy của vòm truyền tới. 
9-6.cấu tạo của cống ngầm 
10.6.1.Bộ phận cửa vào, cửa ra 
Cửa vào và của ra có tác dụng nối tiếp thân cống với mái đập, yêu cầu đảm bảo dẫn 
n-ớc vào, ra thuận dòng. 
R
 (a) (b) 
Hình 10-15.Kiểu t-ờng h-ớng dòng mở rộng dần (a) và loe rộng (b) 
 ở cửa vào và cửa ra 
 80 
Để dòng chảy vào ra đ-ợc thuận và sự phân bố l-u tốc đều đặn ở của vào và cửa ra, 
th-ờng bố trí t-ờng h-ớng dòng theo hình thức mở rộng dần. Góc chụm của 2 t-ờng h-ớng 
dòng ở cửa vào th-ờng lấy khoảng (180  230). Góc chụm ở cửa ra khoảng (80  120) . Có 
nhiều kiểu, hình (10-15) giới thiệu loại mở rộng dần và loe rộng. 
Cấu tạo cửa ra cần chú ý kết hợp với việc bố trí các thiết bị tiêu năng sau cống. 
10.6.2.Thân cống 
Thân cống ngầm th-ờng dài vì phải qua đê, đập, đ-ờng giao thông nên để tránh rạn nứt 
do lún không đều gây ra, phải bố trí khe nối chia thành t-ờng đoạn. Chiều dài mỗi đoạn 
phụ thuộc vào tình hình địa chất nền, chiều dày tầng đất đè trên cống.Th-ờng lấy mỗi đoạn 
khoảng 
(1m  2m) dể tiện việc vận chuyển, xây lắp. 
Hình (10-16) giới thiệu một số dạng mặt cắt ngang của ống. 
Hình 10-16. Một số dạng mặt cắt ngang cống ngầm 
Đối với cống hộp th-ờng b h 1 1,5 m do đó, chiều dày chọn phải đảm bảo yêu 
cầu chịu lực, không cho phép có vết nứt, còn đảm bảo chống xâm thực cốt thép nên chiều 
dày th-ờng chọn 0,25 m. Tại góc đều làm vát tránh gây ứng suất tập trung. 
Cống tròn có khi chỉ là ống đúc sẵn đ-ờng kính nhỏ từ 0,1  0,2 m đến 1,0  1,2 m 
hoặc đổ bê tông tại chỗ (có thể lớn hơn). Chiều dày ống tùy theo lớn nhỏ chọn từ 10  30 cm. 
Tại chỗ nối tiếp các đoạn ống cần phải đảm bảo chống thấm tốt. Cống nhỏ tròn có thể 
tham khảo hình (10-17). Cống t-ơng đối lớn, tại chỗ nối tiếp này dù cống dạng tròn, hộp 
hay vòm, nên chuyển thành khe nối chữ nhật để dễ bố trí thiết bị cho khít n-ớc mà vẫn đảm 
bảo sự biến dạng, (hình 10-18). 
 81 
Hình 10-17. Chống thấm giữa các đoạn ống tròn 
1) Giấy dầu; 2) Vữa xi măng; 3) Vòng đai bê tông cốt thép. 
3
4
1
2
4
3 
Hình 10-18. Khe nối chữ nhật 
1) Bao tải tẩm nhựa đ-ờng; 2) Dây thừng tẩm nhựa đ-ờng;3) Nhựa đ-ờng; 4) Tấm kim loại. 
Đối với cống ngầm lấy n-ớc hồ chứa th-ờng gặp một số dạng có sơ đồ hình (10-19); 
(10-20) và (10-21). Loại cầu cảng, loại tháp th-ờng dùng với cống có quy mô lớn hơn. 
Cần chú ý, ở các cống ngầm hồ chứa kiểu tháp, ngay sau tháp cần bố trí lỗ dẫn khí vào 
cống để đề phòng tr-ờng hợp dòng chảy bị tắc cửa ra, tạo chân không trong cống, gây h- 
hỏng cống, rung động cửa van. Đ-ờng kính lỗ d = 10 cm. 
Hình 10-19. Cắt dọc cống ngầm có cửa van ở hạ l-u 
 82 
Ngoài ra một số tr-ờng hợp để lấy n-ớc dùng hình thức thay tháp, cầu cảng bằng đoạn 
đặt nghiêng trên mái đập hoặc bờ hồ có hàng lỗ lấy n-ớc để đóng mở tùy theo mực n-ớc ở 
từng thời kỳ cao thấp. Loại này quản lý phức tạp, dễ h- hỏng. Khi ống tròn nhỏ, dùng van 
khóa đặt ở hạ l-u (giống nh- khóa vòi n-ớc), tuy giảm đ-ợc kinh phí xây tháp hay cầu 
cảng, nh-ng ống dễ bị bồi lấp, tắc ống. Vì vậy cho tới nay các loại kể trên ít đ-ợc sử dụng, 
chỉ kể đến mà không trình bày cụ thể. 
R
3 2 2 2 2 2 2 2
4
a)
Hình 10-20. Cắt dọc và mặt bằng cống đặt nghiêng trên mái đập hoặc s-ờn dốc 
.1) ống nghiêng; 2) Lỗ lấy n-ớc; 3) Lỗ thông khí; 4) Bể tiêu năng; 5)ống ngầm. 
Hình 10-21. Cống ngầm hồ chứa 
a) Kiểu tháp; b) Kiểu cầu cảng.